化工設備-填料塔

第一節(jié)概述第二節(jié)板式塔及其結構設計第三節(jié)填料塔及其結構設計第四節(jié)其它結構設計第五節(jié)塔體和裙座的強度計算21.基本特點:結構簡單，壓力降小，傳質效率高，便于采用耐腐蝕材料制造等。

對于熱敏性及容易發(fā)泡、易結垢的物料，更顯出其優(yōu)越性。2.科技前沿:(1)開發(fā)多種形式、規(guī)格和材質的高效，

低壓降，大流量的填料。(2)與不同填料相匹配的塔內件結構。(3)填料層中液體的流動及分布規(guī)律。(4)蒸餾過程的模擬。填料塔31.填料填料—塔的核心內件，提供氣-液兩相接觸的傳質和換熱表面，與塔的其

它內件共同決定塔的性能。填料分類散裝填料規(guī)整填料1)散裝填料—安裝時以亂堆為主，也可以整砌。具有一定外形結構的顆粒體，

又稱顆粒填料。散裝填料環(huán)形鞍形環(huán)鞍形4散裝填料的發(fā)展金屬Intaloxθ環(huán)十字環(huán)內螺旋環(huán)環(huán)形填料拉西環(huán)隔板環(huán)金屬環(huán)階梯環(huán)短拉西環(huán)鞍形填料弧鞍形矩鞍形改進矩鞍形環(huán)鞍形半環(huán)填料(環(huán)-鞍)(鞍-環(huán))5拉西環(huán)

a采用亂堆方式填充。特點：填料間易產(chǎn)生架橋，相鄰填料外表面間形成線接觸，填料層內形成積液、液體的偏流、溝流、股流，阻力較大，通量較小。θ環(huán)、十字環(huán)及內螺旋填料

b采用亂堆和整堆方式填充。特點：表面積增加，分離效率有所提高，但總體而言，其傳質效率并沒有顯著提高。6c開孔環(huán)形填料特點：既充分利用了環(huán)形填料的表面又增加了許多窗孔，大大改善了氣液兩相物料通過填料層時的流動狀況，增加氣體通量，減少氣相的阻力，增加填料層的濕潤表面，提高了填料層的傳質效率。金屬鮑爾環(huán)的結構階梯環(huán)的結構（金屬）類似于鮑爾環(huán)，但高度減小一半，一端擴為喇叭形翻邊，增加填料環(huán)的強度，且使填料在堆積時相互接觸由線接觸為主變成為以點接觸為主，增加填料顆粒的空隙，減少氣體通過填料層阻力，改善液體的分布，促進液膜的更新，提高傳質效率。7d鞍形填料結構類似馬鞍形。特點：弧形的液體通道，空隙率較環(huán)形填料連續(xù)，氣體向上主要沿弧形通道流動，改善氣-液流動狀況。流體通量大、壓降低、滯留量小，利于液體在填料表面分布及更新，從而提高傳質性能。弧鞍形填料矩鞍形填料金屬環(huán)矩鞍填料82）規(guī)整填料

散裝填料——填料亂堆在塔內，氣液兩相的流動路線是隨機，裝填時各處不均，易產(chǎn)生溝流等不良分布，降低塔的效率。

規(guī)整填料——填料在塔內按均勻的幾何圖形規(guī)則、整齊地堆砌，人為地規(guī)定填料層中氣、液的流路，改善溝流和壁流的現(xiàn)象，大大降低壓降，提高傳熱、傳質的效果。種類主要有絲網(wǎng)波紋填料及板波紋填料。絲網(wǎng)波紋填料

因上下兩盤填料的板片方向交錯90°，故每通過一層填料后，氣液兩相進行一次再分布，有時還在波紋填料片上按一定的規(guī)則開孔（孔徑Ф5mm，孔間距約為10mm），這樣相鄰絲網(wǎng)片間氣、液分布更加均勻，幾乎無放大效應。

小塔徑——填料整盤裝填，1.5米以上大塔或無法蘭連接的不可拆塔體——用分塊形式從人孔吊入塔內再拼裝。9金屬板波紋填料金屬、塑料及陶瓷板波紋填料三大類。

保留了金屬絲網(wǎng)波紋填料幾何規(guī)則的結構特點相同，不同的是用表面具有溝紋及小孔的金屬板波紋片代替金屬網(wǎng)波紋片，即每個填料盤由若干金屬板波紋片相互疊合而成。相鄰兩波紋片間形成通道且波紋流道成90°交錯，上、下兩盤填料中波紋片的疊合方向旋轉90°。

金屬板波紋填料保留了金屬絲網(wǎng)波紋填料壓降低、通量高、持液量小，氣液分布均勻，幾乎無放大效應等優(yōu)點，傳質效率也比較高。3）填料的選用

依據(jù)—主要是效率、通量和壓降。它們決定塔能力的大小及操作費用。實際應用中—一般選用具有中等比表面積（單位體積填料中填料的表積,m2/m3）的填料比較經(jīng)濟。還應考慮系統(tǒng)的腐蝕性、成膜性和是否含有固體顆粒等因素來選擇不同材料，不同種類的填料。比表面積較小的填料—空隙率大，用于流體高通量，大液量及物料較臟的場合。2.填料塔內件的結構設計1）填料的支承裝置

安裝在填料層的底部。防止填料穿過支承裝置而落下；支承操作時填料層的重量；保證足夠的開孔率，使氣液兩相能自由通過。具備足夠強度及剛度，結構簡單，便于安裝，耐腐蝕。整體式應用于小直徑塔分塊式應用于大直徑塔柵板支承11波紋式支撐裝置駝峰式支撐裝置孔管式填料支承裝置高通量低壓降；為氣體及液體提供了不同的通道，避免了柵板式支承中氣液從同一孔槽中逆流通過；避免了液體在板上的積聚，利于液體的均勻再分配。122）填料塔的液體分布器

作用—液相加料及回流液均勻地分布到填料的表面上，形成液體的初始分布。設計—液體分布點密度，分布點布液方式，布液的均勻性等因素。包括分布器結構形式、幾何尺寸確定、液位高度或壓頭大小、阻力等。

液體分布點密度1）散堆填料D≤400mm時，每30cm2的塔截面設一個噴淋點；D≤750mm時，每60cm2的塔截面設一個噴淋點；D≤1200mm時，每240cm2的塔截面設一個噴淋點；2）規(guī)整填料：對液體分布均勻要求高，按每20～50cm2塔截面設置一個噴淋點。位置—高于填料層表面150～300mm。13重力型排管式液體分布器進液口液位管液體分配管布液管14壓力型管式分布器槽式孔流分布器槽式溢流型液體分布器15噴灑式液體分布器主管支管接管噴嘴1放大噴嘴噴出的液體呈錐形，為了達到均勻分布，錐底需有部分重疊，重疊率為30～40%，噴嘴安裝于填料上方約300～800mm處，噴射角度約120°。霧沫夾帶較嚴重，需安裝除沫器，且壓頭損失大，要避免液體直接噴到塔壁上，產(chǎn)生過大的壁流。進料中不能含有氣相及固相。16

小直徑塔用盤式孔流分布器兩個分液槽安裝在矩形升氣管上，并將液體加入到盤上。大直徑塔—采用支承梁將分布器分為2～3個部分，設計時注意支承梁在載荷作用下每米的最大撓度應小于1.5mm。盤式溢流型分布器：將盤式孔流型分布器的布液孔改成溢流管。沖擊型液體分布器選用：

對金屬絲網(wǎng)填料及非金屬絲網(wǎng)填料，應選用管式分布器；對于比較臟的物料，應優(yōu)先選用槽式分布器；對于分批精餾的情況，應選用高彈性分布器。18液體分布器的性能比較管式噴灑式槽式孔流槽式溢流盤式孔流盤式溢流重力壓力壓力重力重力重力重力液體分布質量高中低-中高低-中高低-中處理能力(m3/m2·h)0.25～100.25～2.5范圍較寬范圍寬范圍寬范圍寬范圍寬塔徑(m)任意>0.4任意任意，通常>0.6任意，通常>0.6<1.2<1.2留堵程度高高中-高中低中低氣體阻力低低低低低-高高高對水平度的要求低無無低載荷時高高低載荷時高高腐蝕的影響中大大大小大小液相夾帶重量低高高低低低低低低低中中高高193）液體收集再分布器

在各段填料之間加液體收集再分布器。其作用是消除“壁流”，避免“干錐”；消除氣、液的徑向濃度差。斜板式液體收集再分布器升氣管液體收集再分布器20

將沿塔壁流下的液體用再分配錐導出至塔的中心。圓錐小端直徑D1＝0.7～0.8Di。分配錐安裝在填料層分段之間，以防氣體流動面積減少、氣體擾動、氣體死角，安裝困難。214）

填料的壓緊和限位裝置避免氣速較高或壓力波動較大時，填料層松動所引起的氣、液相的不良分布，及散裝填料的流化。填料壓緊器（又稱填料壓板)用于陶瓷、石墨等脆性散裝填料。，自由放置于

填料層上部，靠自身重量壓緊填料。填料層限位器(床層定位器)用于金屬、塑料制散裝填料及各種規(guī)整填料。填

料限位器需要固